KR100982842B1 - Atomic layer deposition apparatus - Google Patents
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Abstract
증착가스를 균일하게 분사할 수 있고 깊은 트렌치가 형성된 기판에서 깊은 트렌치 내부에도 균일하게 박막을 증착할 수 있는 원자층 증착 장치가 개시된다. 원자층 증착 장치는 기판에 증착가스가 분사되는 복수의 분사홀과 프로세스 챔버 내부에서 배기가스를 흡입하는 복수의 흡기홀이 형성된 샤워헤드를 구비하되, 상기 분사홀과 상기 흡기홀이 교번적으로 배치된다. 따라서, 샤워헤드에서 소스영역에 분사라인과 흡기라인을 교번적으로 배치함으로써, 가스의 주입과 배기가 교대로 빠르게 수행되므로 깊은 트렌치 내부로 가스의 주입시 펌핑 효과가 발생한다. 또한, 깊은 트렌치 내부까지 소스가스를 공급하여 스텝 커버리지 및 성막 품질을 향상시킨다.Disclosed is an atomic layer deposition apparatus capable of uniformly injecting a deposition gas and depositing a thin film evenly inside a deep trench on a substrate having a deep trench. The atomic layer deposition apparatus includes a shower head having a plurality of injection holes for injecting the deposition gas into the substrate and a plurality of intake holes for sucking the exhaust gas in the process chamber, wherein the injection holes and the intake holes are alternately arranged. do. Therefore, by alternately arranging the injection line and the intake line in the source area in the shower head, since the injection and exhaust of the gas is alternately performed quickly, the pumping effect occurs when the gas is injected into the deep trench. In addition, source gas is supplied deep into the trench to improve step coverage and film formation quality.
샤워헤드, 분사홀 패턴, 배기홀 패턴, 스텝 커버리지 Shower Head, Injection Hole Pattern, Exhaust Hole Pattern, Step Coverage
Description
본 발명은 원자층 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 깊은 트렌치가 형성된 기판에서 스텝 커버리지와 성막 품질을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공한다.The present invention relates to an atomic layer deposition apparatus, and more particularly, to an atomic layer deposition apparatus capable of improving step coverage and film formation quality in a substrate having a deep trench.
일반적으로, 반도체 웨이퍼나 글래스 등의 기판 상에 소정 두께의 박막을 증착하기 위해서는 스퍼터링(Sputtering)과 같이 물리적인 충돌을 이용하는 물리 기상 증착법(PVD; Physical Vapor Deposition)과, 화학 반응을 이용하는 화학 기상 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition) 등을 이용한 박막 제조 방법이 사용된다.In general, in order to deposit a thin film having a predetermined thickness on a substrate such as a semiconductor wafer or glass, physical vapor deposition (PVD) using physical collision such as sputtering and chemical vapor deposition using chemical reaction A thin film production method using (CVD; Chemical Vapor Deposition) is used.
여기서, 화학 기상 증착법으로는 상압 화학 기상증착법(APCVD; Atmospheric Pressure CVD), 저압 화학 기상 증착법(LPCVD; Low Pressure CVD), 플라즈마 유기 화학 기상 증착법(Plasma Enhanced CVD)등이 있으며, 이 중에서 저온 증착이 가능하고 박막 형성 속도가 빠른 장점 때문에 플라즈마 유기 화학 기상 증착법이 많이 사용되고 있다.Here, chemical vapor deposition includes atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD), low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), plasma organic chemical vapor deposition (Plasma Enhanced CVD), and the like. Plasma organic chemical vapor deposition has been widely used due to its advantages and fast film formation.
그러나, 반도체 소자의 디자인 룰(Design Rule)이 급격하게 미세해짐으로써 미세 패턴의 박막이 요구되었고, 박막이 형성되는 영역의 단차 또한 매우 커지게 되었다. 이에 원자층 두께의 미세 패턴을 매우 균일하게 형성할 수 있을 뿐만 아니라 스텝 커버리지(Step Coverage)가 우수한 단원자층 증착 방법(ALD; Atomic Layer Deposition)의 사용이 증대되고 있다.However, as the design rule of the semiconductor device sharply becomes fine, a thin film of a fine pattern is required, and the step of the region where the thin film is formed also becomes very large. As a result, the use of a monoatomic layer deposition (ALD) method capable of forming a very fine pattern of atomic layer thickness very uniformly and having excellent step coverage has been increasing.
원자층 증착 방법(ALD)은, 기체 분자들 간의 화학 반응을 이용한다는 점에 있어서 일반적인 화학 기상 증착(CVD; Chemical Vapour Deposition) 방법과 유사하다. 하지만, 통상의 화학 기상 증착 방법이 다수의 기체 분자들을 동시에 프로세스 챔버 내로 주입하여 기판의 상방에서 발생된 반응 생성물을 기판에 증착하는 것인 반면, 원자층 증착 방법은 하나의 기체 물질을 프로세스 챔버 내로 주입한 후 이를 퍼지(purge)하여 가열된 기판의 상부에 물리적으로 흡착된 기체만을 잔류시키고, 이후 다른 기체 물질을 주입함으로써 상기 기판의 상면에서만 발생되는 화학 반응 생성물을 증착한다는 점에서 상이하다.The atomic layer deposition method (ALD) is similar to the conventional chemical vapor deposition (CVD) method in that it uses chemical reactions between gas molecules. However, conventional chemical vapor deposition methods inject a plurality of gas molecules into the process chamber at the same time to deposit reaction products generated above the substrate onto the substrate, whereas atomic layer deposition methods inject one gaseous material into the process chamber. It is different in that after injection it is purged to leave only the physically adsorbed gas on top of the heated substrate, and then inject other gaseous materials to deposit the chemical reaction product which occurs only on the upper surface of the substrate.
이러한 원자층 증착 방법을 통해 구현되는 박막은 스텝 커버리지(step coverage) 특성이 매우 우수하며, 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 구현하는 것이 가능한 장점을 갖고 있어 현재 널리 각광받고 있다.Thin films implemented through such an atomic layer deposition method have a very good step coverage (step coverage) characteristics, and has the advantage that it is possible to implement a pure thin film with a low impurity content has been widely spotlighted.
한편, 기존의 원자층 증착 장치는 샤워헤드 또는 서셉터가 고속으로 회전하면서 서로 다른 종류의 소스가스들을 분사하고, 기판이 순차적으로 소스가스를 통과함에 따라 박막이 형성되는 방식이므로, 프로세스 챔버 내에서 소스가스끼리 서로 혼합되어 성막 품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 원자층 증착 장치에서 성막 품질은 샤워헤드에서 제공되는 가스 공급량의 균일한 정도에 영향을 받는다.On the other hand, the conventional atomic layer deposition apparatus is a method of spraying different types of source gases while the shower head or susceptor rotates at a high speed, and a thin film is formed as the substrate sequentially passes through the source gas, so in the process chamber Source gases are mixed with each other, there is a problem that the film quality is reduced. Also, the deposition quality in the atomic layer deposition apparatus is affected by the uniform degree of the gas supply amount provided from the showerhead.
기판에 트렌치가 형성되어 있는 경우, 기존의 원자층 증착 장치에서는 소스 가스가 트렌치 내부까지 충분히 주입하는 것이 어렵다. 여기서, 단순히 샤워헤드에서 분사되는 소스가스의 분사압력을 높이는 것만으로는 해결되지 않는다.When the trench is formed in the substrate, it is difficult to sufficiently inject the source gas into the trench in the conventional atomic layer deposition apparatus. Here, simply increasing the injection pressure of the source gas injected from the shower head is not solved.
특히, 깊은 트렌치의 경우 소스가스가 주입되는 도중에 트렌치의 중간 부분에서 정체 현상이 발생하여, 소스가스가 트렌치 내부까지 도달하지 못할 수 있으며, 후속하여 제2 소스가스가 분사되었을 때, 제1 소스가스가 주입된 깊이까지만 반응이 발생하게 되므로 트렌치 내부에 박막이 제대로 형성되지 못한다. 또한, 퍼지가스가 트렌치 내부에 정체되었을 경우에도 소스가스가 트렌치 내부까지 제대로 주입되지 못하므로, 트렌치 내부에는 박막이 제대로 형성되지 못하고, 성막 품질이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 트렌치 내부까지 완전히 소스가스를 주입할 수 있으며, 트렌치 내부에 소스가스 또는 퍼지가스의 정체가 발생하지 않고, 배기가 완전히 이루어질 수 있는 샤워헤드의 개발이 필요하다.In particular, in the case of deep trenches, congestion may occur in the middle portion of the trench while the source gas is being injected, so that the source gas may not reach the inside of the trench, and when the second source gas is subsequently injected, the first source gas may be Since the reaction occurs only up to the injected depth, the thin film is not properly formed in the trench. In addition, even when the purge gas is stagnant in the trench, the source gas may not be properly injected to the inside of the trench, and thus, a thin film may not be properly formed in the trench and the film quality may be deteriorated. Therefore, it is necessary to develop a shower head capable of completely injecting the source gas to the inside of the trench, and without exhausting the source gas or the purge gas into the trench and completely exhausting the source gas.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스텝 커버리지를 높일 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and to provide an atomic layer deposition apparatus capable of increasing step coverage.
또한, 본 발명은 증착 품질을 향상시킬 수 있는 원자층 증착 장치를 제공하기 위한 것이다.In addition, the present invention is to provide an atomic layer deposition apparatus that can improve the deposition quality.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자층 증착 장치는 기판으로 증착가스가 분사되는 복수의 분사홀 및 배기가스를 흡입하는 복수의 흡기홀이 형성되되, 상기 분사홀과 상기 흡기홀은 교번적으로 배치된 샤워헤드를 구비한다.According to embodiments of the present invention for achieving the above object of the present invention, the atomic layer deposition apparatus is formed with a plurality of injection holes for injecting the deposition gas to the substrate and a plurality of intake holes for sucking the exhaust gas, The injection hole and the intake hole have a shower head alternately arranged.
실시예에서, 상기 샤워헤드에는 일직선을 따라 배치된 복수의 분사홀과 복수의 흡기홀로 정의되는 분사라인과 흡기라인이 각각 구비되며, 상기 분사라인과 상기 흡기라인은 소정 간격 이격된 위치에서 서로 평행하게 형성된다. 또한, 상기 샤워헤드는 복수의 분사라인과 복수의 흡기라인이 구비되되, 상기 분사라인과 상기 흡기라인이 서로 교번적으로 배치된다. 이와 같이 교번적으로 배치된 분사라인과 흡기라인의 쌍을 분사흡기그룹이라 정의한다. 예를 들어, 상기 분사흡기그룹은 상기 샤워헤드의 반경 방향을 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 분사흡기그룹은 상기 샤워헤드의 중심부를 기준으로 방사상으로 배치될 수 있다.In an embodiment, the shower head is provided with a plurality of injection lines and intake lines defined by a plurality of injection holes and a plurality of intake holes disposed along a straight line, and the injection lines and the intake lines are parallel to each other at a predetermined interval. Is formed. In addition, the shower head is provided with a plurality of injection lines and a plurality of intake lines, the injection line and the intake line are alternately arranged. The pair of alternating injection lines and the intake line is defined as the injection intake group. For example, the jet intake group may be formed along a radial direction of the shower head. In addition, the plurality of jet intake groups may be disposed radially with respect to the center of the shower head.
실시예에서, 상기 샤워헤드는 상기 기판에 소스가스가 분사되는 소스영역과 퍼지가스가 분사되는 퍼지영역이 구비되는데, 상기 소스영역에 상기 분사흡기그룹이 형성될 수 있다. 또는, 상기 소스영역 및 상기 퍼지영역 모두에 상기 분사흡기그룹을 형성하는 것도 가능할 것이다.In an exemplary embodiment, the shower head may include a source region in which source gas is injected and a purge region in which purge gas is injected into the substrate, and the injection intake group may be formed in the source region. Alternatively, the injection intake group may be formed in both the source region and the purge region.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 원자층 증착 장치는 복수의 기판을 지지하는 세미배치 타입의 서셉터가 구비되고, 복수의 소스영역과 복수의 퍼지영역을 포함하는 분사영역이 형성된 샤워헤드 및 상기 샤워헤드에 구비되어 상기 프로세스 챔버 내의 배기가스를 배기시키고 상기 소스영역과 상기 퍼지영역의 경계에 배치된 배기라인을 포함한다. 그리고, 상기 샤워헤드에서 분사영역에는 증착가스를 분사하는 분사홀과 배기가스를 흡입하는 흡기홀이 형성되되, 상기 분사홀과 상기 흡기홀이 교번적으로 배치된다. 여기서, 상기 배기라인과 상기 흡기홀은 서로 다른 배기부에 연결될 수 있다.On the other hand, according to another embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the atomic layer deposition apparatus is provided with a semi-batch type susceptor for supporting a plurality of substrates, a plurality of source regions and a plurality of purge The shower head includes a shower area including an area, and an exhaust line provided in the shower head to exhaust the exhaust gas in the process chamber and disposed at a boundary between the source area and the purge area. In the shower head, an injection hole for injecting deposition gas and an intake hole for sucking exhaust gas are formed in an injection area, and the injection hole and the intake hole are alternately disposed. Here, the exhaust line and the intake hole may be connected to different exhaust parts.
본 발명에 따르면, 첫째, 샤워헤드에서 분사홀과 흡기홀을 교번적으로 배치함으로써, 트렌치 내부에서 소스가스 또는 퍼지가스의 정체 현상을 방지하여 트렌치 내부로 소스가스의 주입 효율을 높이고, 트렌치 내부에 형성되는 박막의 품질을 향상시키고, 스텝 커버리지를 향상시킨다.According to the present invention, first, by alternately disposing the injection hole and the intake hole in the shower head to prevent the stagnation of the source gas or purge gas in the trench to increase the injection efficiency of the source gas into the trench, the inside of the trench The quality of the formed thin film is improved and the step coverage is improved.
또한, 트렌치 내부에 정체된 소스가스 또는 퍼지가스의 배기 효율을 향상시키고, 성막 품질을 향상시킬 수 있다.In addition, it is possible to improve the exhaust efficiency of the source gas or purge gas stagnant in the trench, and to improve the film formation quality.
첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited or restricted by the embodiments.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치의 측단면도이다. 도 2는 도 1의 샤워헤드의 일 실시예를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 도 2의 샤워헤드의 변형 실시예를 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 2의 샤워헤드의 요부 절개 사시도이고, 도 5는 도 4의 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 요부 절개 사시도이다. 그리고, 도 6은 도 4의 샤워헤드의 또 다른 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 단면도이고, 도 7은 도 6의 샤워헤드의 측단면도이다. 도 8은 도 4의 샤워헤드의 또 다른 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 단면도이다.1 is a side cross-sectional view of an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view illustrating an embodiment of the showerhead of FIG. 1, and FIG. 3 is a plan view illustrating a modified embodiment of the showerhead of FIG. 2. 4 is a perspective view illustrating a main portion of the showerhead of FIG. 2, and FIG. 5 is a perspective view illustrating a main portion of the showerhead according to a modified embodiment of FIG. 4. 6 is a cross-sectional view of the showerhead according to another modified embodiment of the showerhead of FIG. 4, and FIG. 7 is a side cross-sectional view of the showerhead of FIG. 6. 8 is a cross-sectional view of the showerhead according to another modified embodiment of the showerhead of FIG. 4.
그리고, 도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드의 동작을 설명하기 위한 요부 측단면도이다.9 is a side cross-sectional view illustrating main parts of the operation of the shower head according to the exemplary embodiments of the present invention.
이하에서는, 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 9.
도 1을 참조하면, 원자층 증착 장치(100)는 프로세스 챔버(110), 샤워헤드(130) 및 서셉터(120)로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the atomic
상기 프로세스 챔버(110)는 기판(W)을 수용하여 박막 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다.The
여기서, 상기 기판(W)은 반도체 기판이 되는 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판(W)은 LCD, PDP와 같은 평판 디스플레이 장치용에서 사용하는 유리 따위의 투명 기판일 수 있다. 또한, 상기 기판(W)은 형상 및 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 원형 및 사각형 플레이트 등 실질적으로 다양한 형상과 크기를 가질 수 있다.Here, the substrate W may be a silicon wafer to be a semiconductor substrate. However, the present invention is not limited thereto, and the substrate W may be a transparent substrate such as glass used in a flat panel display device such as an LCD and a PDP. In addition, the substrate W is not limited in shape and size by drawing, and may have substantially various shapes and sizes, such as circular and rectangular plates.
상기 프로세스 챔버(110) 하부에는 배기가스의 배기를 위한 챔버 배기부(111)가 구비된다.A
상기 서셉터(120)는 상기 프로세스 챔버(110) 내에 구비되고, 상기 복수의 기판(W)을 지지한다. 예를 들어, 상기 서셉터(120)는 스루풋(throughput)이 우수한 세미배치(semi-batch) 타입으로서, 복수의 기판(W)이 동일 평면 상에 일면이 지지되도록 배치되고, 상기 서셉터(120) 표면에서 원주 방향을 따라 방사상으로 배치된다.The
상기 서셉터(120)는, 상기 서셉터(120)의 중심을 기준으로 상기 기판(W)들이 공전하도록 회전 가능하게 구비되고, 상기 서셉터(120) 하부에는 회전축(121) 및 상기 회전축(121)에 연결되어 상기 서셉터(120)를 회전시키는 회전 구동부(125)가 구비된다.The
상기 샤워헤드(130)는 상기 프로세스 챔버(110) 상부에 구비되어 상기 서셉터(120)에 지지된 상기 기판(W) 표면으로 증착가스를 제공한다.The
증착가스는 상기 기판(W) 표면에 증착하고자 하는 박막을 구성하는 물질이 포함된 소스가스와 상기 소스가스의 퍼지를 위한 퍼지가스를 포함하여 통칭하며, 본 실시예에서는 서로 다른 종류의 복수의 소스가스가 제공된다.Deposition gas is collectively including a source gas containing a material constituting the thin film to be deposited on the surface of the substrate (W) and a purge gas for purging the source gas, in the present embodiment a plurality of different types of sources Gas is provided.
상기 샤워헤드(130)에는 상기 프로세스 챔버(110) 내에서 미반응 증착가스 및 잔류 증착가스를 배기시키는 배기라인(140)이 구비되고, 상기 프로세스 챔버(110) 일측에는 상기 배기라인(140)과 연통되어 상기 배기라인(140)에서 배기되는 배기가스를 배출시키기 위한 토출부(160)가 구비된다. 상기 토출부(160)는 일단이 상기 프로세스 챔버(110)를 관통하여 상기 배기라인(140)과 연결되고 타단이 상기 프로세스 챔버(110) 외부에 구비된 배기부(165)로 연결된다.The
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 상기 샤워헤드(130)의 구조에 대해 상세하게 설명한다.Hereinafter, the structure of the
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 샤워헤드(130)는 상기 증착가스가 분사되는 복수의 분사홀이 형성되고, 상기 배기라인(140)이 구비된다.As shown in FIG. 2, the
상기 샤워헤드(130)는 증착가스가 분사되는 분사영역(132)이 형성되며, 상기 분사영역(132)에서는 서로 다른 가스들이 분사된다. 상세하게는, 상기 분사영역(132)은 서로 다른 복수의 소스가스가 분사되는 제1 소스영역(132a)과 제2 소스영역(132b) 및 퍼지가스가 분사되는 복수의 퍼지영역(132c, 132d)으로 이루어진다.The
상기 배기라인(140)은 상기 샤워헤드(130)를 관통하여 상기 프로세스 챔버(110) 내부와 연통되도록 형성되며, 상기 배기라인(140)을 따라 복수의 배기홀(141)이 형성된다.The
여기서, 상기 배기홀(141)은 상기 배기라인(140)의 길이 방향을 따라 소정 간격으로 형성된다. 여기서, 상기 배기홀(141)의 크기나 개수 및 위치는 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 배기량에 따라 서로 다른 크기의 홀이 형성되거나, 다 른 피치 간격으로 홀이 배치될 수 있다. 또한, 상기 배기홀(141)은 원형이 아닌 슬릿 등의 구조로 형성될 수 있다.Here, the
상기 배기라인(140)은 상기 분사영역(132)의 경계 부분에 구비되어, 상기 분사영역(132)들을 분리시키는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 샤워헤드(130)에는 4개의 분사영역(132)이 부채꼴 형태로 형성되어 있다. 그리고 상기 배기라인(140)은 상기 제1 및 제2 소스영역(132a, 132b)의 면적을 최대한 확보할 수 있는 ‘V’자 구조를 가지며, 상기 분사영역(132)의 경계선을 따라 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의‘V’자형 상기 배기라인(140)은 수평으로 대칭을 이루며, 서로 마주하는‘V’형의 꼭지점이 상기 샤워헤드(130)의 중심부에 존재한다.The
본 실시예에서는 상기 배기라인(140)이 ‘V’자 형태인 것을 예로 들어 설명하였으나, 상기 배기라인(140)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 배기라인(140)은 반원 또는 반타원 형상 등 실질적으로 다양한 형태를 가질 수 있을 것이다.In the present exemplary embodiment, the
상기 샤워헤드(130)에서 상기 제1 및 제2 소스영역(132a, 132b)에는 상기 증착가스가 분사되는 복수의 분사홀(131)이 형성되고, 배기가스가 흡입되는 복수의 흡기홀(135)이 형성된다.A plurality of injection holes 131 through which the deposition gas is injected are formed in the first and
여기서, 상기 샤워헤드(130) 상에서 복수의 분사홀(131)이 일직선을 따라 배치되고, 복수의 흡기홀(135) 역시 일직선으로 배치되는데, 이하에서는, 상기 분사홀(131)이 직선 형태로 배치된 것을 분사라인(131a)이라 하고, 상기 흡기홀(135)이 직선 형태로 배치된 것을 흡기라인(135a)이라 한다.Here, the plurality of injection holes 131 are disposed along a straight line on the
한편, 상기 기판(W)에는 도 9에 도시한 바와 같이, 소정 깊이의 트렌치(T)가 형성되어 있다. 본 실시예에 따른 샤워헤드(130)는 상기 트렌치(T) 내부까지 증착가스를 균일하게 주입시킬 수 있도록 상기 분사라인(131a)과 상기 흡기라인(135a)이 교번적으로 배치된다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 9, a trench T having a predetermined depth is formed in the substrate W. As shown in FIG. In the
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 소스영역(132a, 132b)에는 복수의 분사라인(131a)과 복수의 흡기라인(135a)이 형성되고, 상기 분사라인(131a)과 상기 흡기라인(135a)이 서로 교번적으로 배치된다. 그리고, 상기 퍼지영역(132c, 132d)에는 퍼지가스를 분사하는 복수의 퍼지홀(131b)이 형성된다.As shown in FIG. 2, a plurality of
상기 퍼지홀(131b)은 상기 퍼지영역(132c, 132d)에서 규칙적으로 배치된다. 예를 들어, 상기 퍼지홀(131b)은 상기 샤워헤드(130)의 중심점을 중심으로 하는 동심원 상에 배치될 수 있다. 또는 상기 퍼지홀(131b)은 상기 샤워헤드(130)의 직경 방향을 따라 방사상으로 배치될 수 있다.The purge holes 131b are regularly arranged in the
상기 분사라인(131a)은 상기 기판(W)에 직선 형태로 소스가스를 분사하고, 상기 기판(W)이 회전함에 따라 상기 기판(W)의 전체 표면에는 소스가스가 균일하게 분사된다. 또한, 상기 흡기라인(135a)은 상기 분사라인(131a)과 소정 간격 이격된 위치에서 상가 분사라인(131a)과 평행하게 형성된다.The
예를 들어, 상기 분사라인(131a)은 상기 기판(W)의 이동 방향에 대해 대략적으로 직교하는 직선 형태로 상기 기판(W)에 소스가스를 분사할 수 있도록 형성된다. 일 예로서, 상기 분사라인(131a)은 상기 기판(W)이 회전함에 따라 상기 기판(W)의 직경 방향과 나란하게 배치되도록 형성된다. 그리고, 상기 분사라 인(131a)의 길이는 상기 기판(W)의 직경보다 길거나 같은 길이를 갖는다.For example, the
여기서, 서로 평행하게 배치된 분사라인(131a)과 흡기라인(135a) 한 쌍이 분사흡기그룹(133)을 형성하고, 상기 샤워헤드(130)에는 복수의 분사흡기그룹(133)이 형성된다.Here, a pair of
상기 분사흡기그룹(133)은 상기 기판(W) 표면으로 소스가스의 분사와 흡기를 교번적으로 수행함에 따라 상기 트렌치(T) 내부로 주입되는 소스가스를 펌핑하여 상기 소스가스가 상기 트렌치(T) 내부 바닥까지 주입되는 효과가 있다. The
또한, 가스의 주입과 배기가 교번적으로 이루어짐에 따라 상기 트렌치(T) 내부에서 잔류 소스가스 및 퍼지가스의 배기 효과를 향상시키는 효과가 있다.In addition, as the gas is injected and exhausted alternately, there is an effect of improving the exhaust effect of the residual source gas and the purge gas in the trench (T).
한편, 상기 흡기라인(135a)의 일측에는 상기 흡기홀(135)에 부압을 제공하여 상기 기판(W)에서 배기가스를 흡입하기 위한 배기부(미도시)가 구비된다. 여기서, 상기 흡기라인(135a)은 상기 분사영역(132)에 대한 배기가스를 배기시키는 것이 목적이 아니라, 상기 기판(W)에 약한 부압을 제공함으로써 상기 트렌치(T) 내부의 증착가스에 유동을 형성하는 것을 목적으로 하므로, 상기 배기라인(140)에서 형성되는 흡입력에 비해 약한 흡입력이 형성하게 된다. 따라서, 상기 흡기라인(135a)과 상기 배기라인(140)은 서로 다른 배기부에 연결된다. 물론, 상기 흡기라인(135a)과 상기 배기라인(140)이 동일한 배기부에 연결되는 것도 가능할 것이다.On the other hand, one side of the intake line (135a) is provided with an exhaust (not shown) for providing a negative pressure to the
한편, 도 3에는 상술한 샤워헤드의 변형된 실시예로서, 소스영역(152a, 152b) 뿐만 아니라 퍼지영역(153a, 153d)에도 분사라인(151a)과 흡기라인(155a)이 형성되고, 분사흡기그룹(153)을 형성하는 샤워헤드(150)를 예시하였다. 도 3에 도 시한 실시예는 도 2에 도시한 실시예와 분사흡기그룹(153)을 제외하고는 사실상으로 동일하며, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.On the other hand, in Figure 3 as a modified embodiment of the above-described shower head, the
도 3에 도시한 바와 같이, 상기 각 분사영역(152)에는 3 내지 5 줄의 분사라인(151a)과 흡기라인(155a)이 형성된다. 그리고, 상기 퍼지영역(153c, 153d)에도 분사라인(151a)과 흡기라인(155a)을 교번적으로 배치함으로써, 퍼지가스가 상기 트렌치(T) 내로 충분히 주입됨은 물론 완전히 제거될 수 있도록 하여 상기 트렌치(T) 내의 소스가스를 효과적으로 퍼지시킴은 물론, 상기 트렌치(T) 내의 퍼지가스를 방지함으로써 후속하여 공급되는 소스가스가 희석되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.As shown in FIG. 3, each of the spraying
도 3에서 미설명 도면부호 151은 소스가스의 분사홀이고, 도면부호 155는 흡기홀을 나타낸다.In FIG. 3,
상기 샤워헤드(150)는 상기 분사라인(151a)과 상기 흡기라인(155a)은 상기 샤워헤드(150) 내에서 증착가스와 배기가스가 서로 교차되지 않고 독립적으로 분사 및 흡기될 수 있도록 형성된다.The
이하에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 샤워헤드(330)의 내부 구조를 설명한다. 도 4 내지 도 7에 도시되어 있는 샤워헤드는 샤워헤드의 일부 구조를 제외하고는 실질적으로 동일한 샤워헤드로서, 도면에서 미도시되어 있는 구성요소는 도 2를 참조하여 설명한다.Hereinafter, an internal structure of the
도 4를 참조하면, 상기 샤워헤드(330)는 내부에 증착가스(S)의 유동이 가능 한 공급유로가 되는 캐비티(332)를 형성하도록 2장의 플레이트(330a, 330b)가 결합되어 형성된다.Referring to FIG. 4, the
상기 기판(W)과 마주보는 방향에 배치된 하부 플레이트(330b)에는 상기 캐비티(332) 내부와 연통되도록 상기 하부 플레이트(330b)를 관통하는 복수의 분사홀(331)이 형성된다. 상기 분사홀(331)은 상기 캐비티(332)로 제공된 증착가스(S)를 상기 기판(W)으로 분사한다.A plurality of injection holes 331 penetrating the
한편, 상기 분사홀(331)은 일렬로 배치되어 상기 기판(W)의 이동 방향에 대해 대략적으로 직교하는 라인 형태로 상기 기판(W)으로 증착가스(S)를 분사할 수 있도록 분사라인(131a; 도 2 참조)을 형성한다.On the other hand, the injection holes 331 are arranged in a line to spray the deposition gas (S) to the substrate (W) in the form of a line approximately perpendicular to the moving direction of the substrate (W) 131a ; See FIG. 2).
상기 샤워헤드(330)를 관통하여 상기 기판(W)에서 배기가스(V)를 흡입하는 복수의 흡기홀(335)이 형성된다. 상부 플레이트(330a) 상부에는 상기 흡기홀(335)에 부압을 제공하고, 상기 흡기홀(335)을 통해 흡입된 배기가스(V)의 유로가 되는 흡입유로(336)가 형성된다. 예를 들어, 상기 흡기홀(335)은 상기 플레이트(330a, 330b)들을 관통하여 상기 기판(W)과 상기 흡입유로(336)를 연결시키는 파이프 형태를 갖는다. 그리고, 상기 흡입유로(336)는 상기 복수의 흡기홀(335)의 상부를 연결시키는 직선 형태의 파이프 형태를 가질 수 있다.A plurality of
상기 흡기홀(335)은 일직선을 따라 배치되어 흡기라인(135a; 도 2 참조)을 형성한다. 그리고, 상기 흡기라인(135a)은 상기 분사라인(131a)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 상기 흡기라인(135a)과 상기 분사라인(131a)은 대략적으로 평행하게 형성된다.The
도 5는 도 4의 샤워헤드의 변형된 실시예로서, 도 4에 도시한 샤워헤드와는 달리 샤워헤드(350)에서 증착가스(S)가 제공되는 캐비티가 2중으로 형성된 형태를 갖는다.FIG. 5 is a modified embodiment of the showerhead of FIG. 4, and unlike the showerhead illustrated in FIG. 4, the cavity in which the deposition gas S is provided in the
도 5를 참조하면, 상기 샤워헤드(350)는 3개의 플레이트(350a, 350b, 350c)가 적층되어 내부에 제1 캐비티(352a)와 제2 캐비티(352b)가 형성된다. 그리고, 제2 플레이트(350b)에는 상기 제1 캐비티(352a)로 공급된 증착가스(S)를 상기 제2 캐비티(352b)로 제공하기 위한 복수의 제1 분사홀(351a)이 형성되고, 제3 플레이트(350c)에는 증착가스(S)를 상기 기판(W)으로 분사하기 위한 복수의 제2 분사홀(351b)이 형성된다.Referring to FIG. 5, three
상기 제2 분사홀(351b)은 직선 형태로 배치되어 분사라인(131a)을 형성한다. 여기서, 상기 샤워헤드(350)는 2중의 캐비티(352a, 352b)를 통해 증착가스(S)를 공급함으로써 상기 분사라인(131a) 및 분사영역(132)에 균일하게 증착가스(S)를 제공할 수 있는 장점이 있다.The
상기 샤워헤드(350)를 관통하여 흡기홀(355)이 형성되고, 제1 플레이트(350a) 상부에는 상기 흡기홀(355)에 부압을 제공하는 흡입유로(356)가 형성된다. 상기 흡기홀(355)은 상기 플레이트(350a, 350b, 350c) 및 캐비티(352a, 352b)를 관통하는 파이프 형태로 형성되어 증착가스(S)와 독립적으로 배기가스(V)를 흡입할 수 있다.An
도 6과 도 7은 도 4의 샤워헤드의 또 다른 변형된 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.6 and 7 illustrate another modified embodiment of the showerhead of FIG. 4.
도 6과 도 7을 참조하면, 샤워헤드(430) 내부 공간이 증착가스(S)를 제공하기 위한 하나의 캐비티가 형성되는 형태가 아닌, 상기 샤워헤드(430) 내부를 관통하는 복수의 증착가스 유로(432)와 복수의 배기가스 유로(436)가 형성된다.6 and 7, a plurality of deposition gases penetrating the inside of the
상세하게는, 상기 증착가스 유로(432)와 상기 배기가스 유로(436)는 상기 샤워헤드(430) 내부를 수평 방향으로 관통하여 복수의 유로가 형성되되, 상기 증착가스 유로(432)와 상기 배기가스 유로(436)가 서로 교차하거나 연통되지 않고 독립적인 유로를 형성한다. 여기서, 상기 기판(W)으로 증착가스(S)를 제공할 수 있도록 상기 증착가스 유로(432)를 관통하여 복수의 분사홀(431)이 형성되고, 상기 기판(W)에서 배기가스(V)를 흡입할 수 있도록 상기 배기가스 유로(436)를 관통하여 복수의 흡입홀(435)이 형성된다.In detail, the
예를 들어, 상기 증착가스 유로(432)는 상기 분사라인(131a)을 형성할 수 있도록 직선 형태로 형성되고, 복수의 증착가스 유로(432)가 상기 샤워헤드(430)의 일측에서 연통되어, 증착가스 공급원(433)에 연결된다. 또한, 상기 배기가스 유로(436)은 상기 흡입라인(135a)을 형성할 수 있도록 상기 증착가스 유로(432)와 소정 간격 이격된 위치에서 상기 증착가스 유로(432)와 평행한 직선 형태로 형성되고, 복수의 배기가스 유로(436)는 상기 샤워헤드(430)의 일측에서 연통되어, 배기펌프(437)에 연결된다.For example, the deposition
도 8은 도 4의 샤워헤드의 또 다른 변형된 실시예를 설명하기 위한 도면들이다.8 is a diagram for describing another modified embodiment of the showerhead of FIG. 4.
도 8에 도시한 실시예에 따른 샤워헤드(450)는 증착가스(S)의 공급을 위한 제1 캐비티(452)와 배기가스(V)가 유동하는 제2 캐비티(453)가 이중으로 형성된 형태를 갖는다.In the
상세하게는, 상기 샤워헤드(450)는 제1 내지 제3 플레이트(450a, 450b, 450c)가 적층되어 형성되되, 상기 각 플레이트(450a, 450b, 450c)는 내부에 상기 제1 캐비티(452)와 상기 제2 캐비티(453)가 형성된다.In detail, the
상기 제3 플레이트(450c)를 관통하여 상기 제2 캐비티(453)와 상기 프로세스 챔버(110) 내부를 연통시키도록 복수의 분사홀(451)이 형성되고, 상기 기판(W) 상으로 증착가스(S)를 분사한다.A plurality of injection holes 451 are formed to penetrate the
상기 제2 플레이트(450b)에는 상기 제1 캐비티(452)와 상기 프로세스 챔버(110) 내부를 연통시키고 배기가스(V)를 흡입하는 흡기홀(455)이 형성된다. 여기서, 상기 흡기홀(455)은 상기 제2 캐비티(453)를 관통하여 형성되되, 상기 제2 캐비티(453) 내부와 연통되지 않고 독립적인 유로를 형성하도록 형성된다.An
그리고, 상기 분사홀(451)과 상기 흡기홀(455)은 서로 평행한 직선 상에 배치된다. 예를 들어, 상기 분사홀(451)과 상기 흡기홀(455)은 상기 기판(W)의 이동 방향에 대해서 대략적으로 직교하는 직선 상에 배치될 수 있다.The
여기서, 상술한 실시예들에서, 분사홀 및 흡입홀의 크기와 형태 및 피치 간격은 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 소스가스 분사량과 배기량에 의해 변경될 수 있을 것이다.Here, in the above-described embodiments, the size, shape and pitch interval of the injection hole and the suction hole are not limited by the drawings, and may be changed by the source gas injection amount and the exhaust amount.
도 9를 참조하여, 상기 샤워헤드(130)의 동작에 대해 간단하게 설명한다.Referring to FIG. 9, the operation of the
도 9에 도시한 바와 같이, 트렌치(T)가 형성된 상기 기판(W)이 상기 분사라 인(131a)을 통과하면 상기 분사라인(131a)에서 증착가스(S)가 분사되어 상기 트렌치(T) 내부로 소스가스가 주입된다. 그리고, 상기 기판(W)이 상기 분사라인(131a)을 지나 흡기라인(135a)을 통과하면, 상기 흡기라인(135a)에서 발생한 흡입력에 의해 상기 트렌치(T) 내부에 주입된 증착가스(S)가 상기 트렌치(T) 외부로 유출된다.As shown in FIG. 9, when the substrate W having the trench T passes through the
여기서, 상기 분사라인(131a)과 상기 흡기라인(135a)은 일정 간격 이격되어 있으나, 비교적 가까운 위치에 배치된다. 그리고, 상기 흡기라인(135a)에서 형성되는 흡입력은 상기 기판(W)으로 분사된 증착가스(S)를 전부 흡입시키는 정도가 아니라, 상기 트렌치(T) 내부의 증착가스(S)에 유동을 발생시킬 수 있는 정도로 형성된다. 즉, 상기 흡기라인(135a)은 상기 트렌치(T) 내부에서 상기 증착가스(S)에 유동을 발생시켜, 상기 트렌치(T)의 바닥면까지 증착가스(S)가 충분히 주입될 수 있도록 한다.Here, the
그리고, 상기 기판(W)이 계속 회전하면서 상기 분사라인(131a)과 상기 흡기라인(135a)을 복수회 통과하게 되므로 상기 트렌치(T)에는 상기 증착가스(S)의 주입 및 유출이 반복되고, 이와 같은 주입 및 유출의 반복은 상기 트렌치(T) 내부에서 증착가스(S)의 정체를 방지함으로써, 증착가스(S)가 원활하게 주입되고 유출된다.In addition, since the substrate W is continuously rotated and passes through the
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원자층 증착 장치를 설명하기 위한 측단면도;1 is a side cross-sectional view for explaining an atomic layer deposition apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 샤워헤드를 설명하기 위한 평면도;2 is a plan view for explaining the showerhead of FIG.
도 3은 도 2의 샤워헤드의 변형된 실시예를 설명하기 위한 평면도;3 is a plan view for explaining a modified embodiment of the showerhead of FIG.
도 4는 도 2의 샤워헤드의 요부 절개 사시도;4 is a perspective view of a major cutaway portion of the showerhead of FIG. 2;
도 5는 도 4의 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 요부 절개 사시도;5 is a perspective view illustrating a main portion of the showerhead according to a modified embodiment of FIG. 4;
도 6은 도 4의 또 다른 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 단면도;6 is a sectional view of a showerhead according to another modified embodiment of FIG. 4;
도 7은 도 6의 샤워헤드의 측단면도;7 is a side cross-sectional view of the showerhead of FIG. 6;
도 8은 도 4의 또 다른 변형 실시예에 따른 샤워헤드의 단면도;8 is a cross-sectional view of the showerhead according to another modified embodiment of FIG. 4;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워헤드의 동작을 설명하기 위한 샤워헤드 및 단면의 요부 측단면도이다.9 is a side cross-sectional view of main parts of a showerhead and a cross-sectional view for explaining the operation of the showerhead according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100: 원자층 증착 장치 110: 프로세스 챔버100: atomic layer deposition apparatus 110: process chamber
111: 챔버 배기부 120: 서셉터111: chamber exhaust 120: susceptor
121: 회전축 125: 회전 구동부121: rotation axis 125: rotation drive unit
130: 샤워헤드 131: 분사홀130: shower head 131: injection hole
131a: 분사라인 131b: 퍼지홀131a:
132: 분사영역 132a, 132b: 소스영역132:
132c, 132d: 퍼지영역 133: 분사흡기그룹132c and 132d: purge zone 133: jet intake group
135: 흡기홀 135a: 흡기라인135:
140: 배기라인 141: 배기홀140: exhaust line 141: exhaust hole
160: 토출부 165: 배기부160: discharge portion 165: exhaust portion
W: 기판W: Substrate
Claims (8)
Priority Applications (1)
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